沥青混凝土自愈合修复技术研究进展

发表时间:2018/7/12   来源:《新材料.新装饰》2018年2月上   作者:郭连银
[导读] 为解决沥青路面裂缝问题,本文分析了沥青混凝土自愈技术利用纤维导电和电磁感应原理中的作用机理,通过对沥青混凝土进行加热,然后恢复沥青的状态。

(西安市政道桥建设有限公司,陕西 西安 710016)
摘要:为解决沥青路面裂缝问题,本文分析了沥青混凝土自愈技术利用纤维导电和电磁感应原理中的作用机理,通过对沥青混凝土进行加热,然后恢复沥青的状态。探讨了国内外沥青混凝土自愈技术发展现状,分析了该技术的应用意义和应用前景等,以及沥青混凝土自愈技术在社会环境中的显著效益,具有重要的推广意义,而且发展前景良好。
关键词:沥青混凝土;自愈合修复技术;研究进展
 
        1前言
        沥青混凝土路面因其平整、舒适、振动小、噪音低、施工和维修方便快捷等优点而得到广泛应用。然而,沥青混凝土路面经常出现剥落、开裂、凹坑等疾病。同时,西部山区地震等地质灾害也会造成路面裂缝,有时需要快速、及时的修复。我国目前有大量的高速公路需要全面的维护。自愈式沥青混凝土可以大大降低沥青路面的低温开裂情况。小裂缝可以通过养护来解决,避免了道路的早期开裂,延长了其使用寿命。
        2沥青材料的自愈合性
        自愈过程可以定义为沥青结合剂或混合料由于反复驱动荷载使用而产生的裂缝可以部分或全部愈合过程。沥青混凝土路面有裂缝时,如果在无外部荷载作用下的路面保持足够的间歇时间,沥青混凝土自身的自愈能力可以使裂缝愈合。由于沥青材料是一种典型的粘弹性材料,在高温下可以表现出较好的流动性,这为沥青材料的自愈提供了基础。
        国内外学者对沥青材料研究的自愈特性也有很多,通过对沥青砂浆施加扭转负荷的评估的法来比较和AAM-1以及AAD-1的自愈性能,研究发现沥青材料本身的自愈能力对测试结果有很大的影响;有学者建立了一个模型来描述基于内部愈合的裂缝界面的沥青材料的自愈合特性。有学者用耗散能理论对沥青材料在循环荷载作用下的自愈性能进行定量评价,证实了负荷断裂能延长沥青材料的疲劳寿命;还有学者使用动态剪切流变仪和耗散率研究了沥青混凝土的自愈合特性,并考虑了混凝土类型等因素对愈合的影响;通过建立一个简单的模型来评估掺杂导电材料的电磁感应加热下的沥青砂浆性能的疗愈,证实了沥青材料可以通过感应加热愈合,然后通过混合导电材料,进行沥青混凝土愈合的电磁感应加热试验,证实了感应加热可以治愈沥青材料;通过动态剪切流变仪、直接拉伸测试仪的测试方法对沥青修复指标进行了评价,并分析了基质沥青的修复效果优于SBS改性沥青。研究沥青自愈特性、沥青材料自我治疗是其固有的特性,主要是依靠内部和外部环境的物理和化学性质,自愈的沥青材料受到温度和时间限制,因此建议下一阶段的主要研究和发展是要沥青材料的高强度性能,研究最新的感应加热方法。
        3沥青混凝土的自愈合技术
        3.1聚合物材料愈合方法
        国外一些学者已经开始研究使用添加剂来诱导和提高沥青混凝土的自愈性,以提高沥青混凝土的耐久性。有学者已经发现,某些填充物(如石灰)可以提高沥青混凝土的疲劳自愈合率。并研究了分子和纳米级高分子材料增强沥青混合料自愈性的技术措施,并分析了各种技术措施的优缺点。沥青材料可以看作是一种两相材料,即:液体相,称为胶体;固体相,称为沥青质。随着时间的推移,液体相逐渐氧化和消失,使沥青质变得坚硬易碎。为了避免这种情况的发生,在路上刚刚出现了老化的迹象时,在沥青混凝土路面上使用胶体聚合物,但是这种治疗方法只在表面起作用,它只影响路面下1厘米。为了解决这一问题,在道路上添加聚合物的最佳方法是将填充剂与沥青混凝土混合在一起。该技术主要采用微胶囊技术。
        有学者用多孔砂作为愈合剂的载体,涂上环氧树脂和细砂,形成胶囊壁,并制备了含有治疗剂的胶囊颗粒。


通过对沥青混凝土进行微胶囊间接拉伸疲劳试验,发现含有愈合剂胶囊的沥青混凝土的最大变形大于不含胶囊的沥青混凝土,这表明疲劳载荷引起的胶囊破裂并释放愈合剂,以提高沥青混凝土的自愈能力;同时还发现,由于胶囊和沥青粘结剂粘结强度不足,沥青混凝土的疲劳寿命降低。同时指出,自愈性愈合剂的选择和设计对提高沥青混凝土的自愈能力具有重要意义。路面裂缝破坏嵌入微胶囊,释放愈合剂,与此同时,愈合剂可以通过表面裂纹进入内部发生作用,愈合剂和嵌入式和聚合催化剂接触,这个过程可以提高沥青的愈合率,可以使有裂缝的沥青混凝土路面修复。
        研究表明,沥青混凝土搅拌过程中胶囊应封装在一个非常粘稠的碳氢化合物里面,胶囊不能与沥青反应,必须承受骨料和沥青混合在180℃的搅拌环境中,胶囊需要在路面被破坏时出现,因此要封装在耐高温树脂和一个非常细的砂子复合而成的胶囊壁中。将包含微胶囊愈合剂的沥青混凝土进行优化设计和研究,研究了在微胶囊的热稳定性和机械强度稳定的情况下微胶囊的大小、胶囊壁厚、囊壁的结构,从以上三个方面的优化设计愈合剂胶囊。研究表明,微胶囊的尺寸和壁厚是微胶囊机械性能的两个主要影响因素,所以建议主要集中在胶囊壳的尺寸,以及机械性能等方面的研究。通过嵌入愈合剂的玻璃短丝来改善沥青材料的自修复性能的沥青混凝土试验,研究了治疗剂的愈合剂的释放特性、短玻璃纤维断裂的沥青压实过程和劈裂试验条件,以确定玻璃短丝的尺寸。经过一系列的实验,他们建议使用长度约为1cm,内径为0.8毫米,外直径1.2毫米的玻璃丝作为沥青自愈短的愈合剂载体,研究表明,玻璃短丝的规格可以在沥青混合料压实过程中大部分完好无损,并通过压力限制在沥青部分坏了的情况下在72 h内释放出修复剂,但测试未能模拟沥青老化,因此还需要后续的实验。从以上结果可以看出,微胶囊治疗技术的优势在于它利用接触反应和愈合效率高,愈合后的路面材料强度恢复良好;缺点是技术要求高,成本较高,不能均匀分布的微胶囊是缺乏良好的治疗效果的,在生产中,以及沥青混合料路面施工过程中如何确保微胶囊的安全性是一个困难,微胶囊的沥青混合料在同一地区大多数治疗只能使用一次,如果同一区域有多个裂隙,则不再具有愈合效果。因此,研究更适合于沥青混凝土路面实际应用的微胶囊是非常重要的。
        3.2加热诱导愈合方法
        由于沥青混合料本身具有自愈合性能和沥青材料的温度敏感性和时间依赖性,因此在高温下间歇负荷时沥青材料的愈合率会急剧增加。基于这一重点,研究电磁感应加热和微波加热技术来提高钢纤维增强沥青混凝土路面的愈合速度是非常创新的技术措施,以提高路面的抗疲劳性能,延长沥青混凝土路面的使用寿命。
        4结束语
        (1)从沥青材料和沥青混凝土两个方面进行了自愈修复技术探讨,主要概括为聚合物修复方法和加热诱导愈合方法。两种方法都能有效地提高沥青混凝土性能的愈合,有效延长沥青混凝土路面的使用寿命,从而降低道路养护、维修和交通堵塞等问题的成本,也有助于减少CO2排放,节约能源等。
        (2)以微胶囊技术为代表的聚合物修复方法在技术和结构上都有非常高的要求,且愈合次数有限,因其缺点限制了其发展。因此可以对沥青砂浆和沥青混凝土施工技术的胶囊抗压强度和力学性能进行研究,开发出更适合于沥青混凝土路面修复的微胶囊修复技术,以解决目前存在的问题。
        (3)以治疗为主加热感应和电磁感应加热技术的治疗方法对沥青混凝土路面修复,现阶段是一个新的研究领域,这种方法是通过电磁感应加热混合沥青材料来修补裂缝,与其他方法相比治疗效率有很大的优势。
参考文献
[1]杨军,龚明辉,王征.沥青混合料疲劳自愈性多层次研究现状[J].中国科技论文,2013,8(5):435-440.
[2]孙大权,张立文,梁果.沥青混凝土疲劳损伤自愈合行为研究进展(1)———自愈合行为机理与表征方法[J].石油沥青,2011,25(5):7-11.
 

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